ES2283377T3 - Procedimiento de galvanizacion del acero. - Google Patents

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    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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Abstract

Procedimiento de revestimiento al calor de una chapa de acero (1) por temple en un baño de metal líquido (5), de preferencia conteniendo zinc a más de 10%, utilizando una trompa de entrada (2) al menos en parte bajo atmósfera oxidante controlada caracterizado porque comprende las etapas sucesivas siguientes: - la chapa (1) pasa en la trompa (2) al nivel de una primera zona (9) cuya atmósfera comprende al menos hidrógeno y vapor de agua, es francamente no oxidante frente al hierro, la primera zona (9) presentando una presión parcial de vapor de agua P(H2O) < 264 ppm y una relación de presiones parciales P(H2)/P(H2O) > 70; - la chapa (1) pasa en la trompa (2) al nivel de una segunda zona (10) cuya atmósfera, que comprende al menos hidrógeno y vapor de agua, y eventualmente CO2 y CO, es oxidante frente al metal líquido y elementos de aleación del acero que constituyen dicha chapa, la segunda zona (10) presentando un contenido de H2 inferior a 1 % en volumen, el poder oxidante del gas presenteen la segunda zona (10) siendo equivalente a la presión parcial de oxígeno que corresponde a 1 < P(H2)/P(H2O) o P(H2+CO) /P(H2O+CO2) < 70.

Description

Procedimiento de galvanización del acero.
Objeto de la invención
La presente invención se relaciona con un nuevo procedimiento de revestimiento al calor de una chapa de acero por temple en un baño de metal líquido, en particular conteniendo zinc fundido.
Más particularmente, la invención se relaciona con el control de la oxido-reducción de la atmósfera de la trompa de entrada en el baño de zinc líquido, con relación al hierro y al zinc líquido, más específicamente en las cercanías de la línea de remojo.
Estado de la técnica
Es bien conocido por el hombre del arte en la galvanización al calor que los vapores de zinc que se escapan del baño de zinc fundido producen numerosos defectos de superficie, por depósito de óxidos o de polvo sobre la chapa antes o durante su inmersión, que hacen al producto no apto para las aplicaciones de aspecto.
Así, se ha propuesto regular el estado de oxidación del gas de la atmósfera en la trompa de manera tal que no sea oxidante para el hierro sino únicamente oxidante para el zinc líquido en la superficie del baño y en forma de vapor. Esto puede hacerse por la introducción en la trompa de un gas con poder oxidante controlado, tal como una mezcla de nitrógeno y de hidrógeno húmedo por ejemplo, eventualmente en presencia de dióxido de carbono o de oxígeno. De ahí resulta la formación de una película muy delgada de óxido sobre el metal líquido, que impide la evaporación del zinc. De manera análoga a una película de aceite en la superficie del agua, que impide la evaporación de este último.
Así, la patente US-A-4 557953 (correspondiente a EP-A-0 172 681) propone un procedimiento donde se mantiene en la trompa una atmósfera de gases inertes que contienen 1 - 8% en volumen de hidrógeno en combinación con 300 a 4500 ppm de vapor de agua. La relación H_{2}/H_{2}O debe al menos ser igual a 4.
Una forma similar de proceder, a modo de ejemplo entre muchos otros, es descrita en el documento JP-A-063 30 271.
Si se admite que esas invenciones aportan una solución al problema en cuestión, problemas anexos son a su vez inducidos por el estado de oxidación generado por ese mismo hecho, específicamente en algunos lugares de la unión líquida.
En el documento JP-A-071 80 014, se propone alternativamente suprimir los vapores de zinc enfriando la superficie del baño a una temperatura del orden de 400ºC, por soplado de nitrógeno teniendo una temperatura que puede ir hasta 200ºC. Ese procedimiento es sin embargo muy agudo y difícil de realizar industrialmente, necesitando instalaciones complementarias complejas.
En lo que concierne a las atmósferas oxidantes en particular, se observan los dos problemas siguientes. Por una parte, el potencial de oxido-reducción preconizado en el estado de la técnica con vistas a oxidar la superficie del zinc líquido no permite evitar la oxidación de los elementos de aleación contenidos en el acero tales como el manganeso, el cromo, el silicio, etc. Los mismos son corrientemente utilizados en la realización de aceros duros llamados de alto límite de elasticidad (HLE). Por otra parte, el potencial de oxido-reducción preconizado provoca igualmente una oxidación excesiva de la superficie al nivel de la línea de remojo en el interior de la trompa. De esto resulta la formación de grandes depósitos de óxido de zinc (ZnO) que terminan siempre por separarse, generalmente de manera imprevisible. Esto se produce cuando las fuerzas de arrastre viscosas del zinc líquido en la superficie devienen superiores a aquellas de adherencia y de tensión superficial frente a la trompa.
Ese problema de depósito de ZnO se explica por el hecho de que en la parte del líquido extremadamente cercana a la parte metálica de la trompa, llamada zapata, la velocidad de desplazamiento del zinc es casi nula en la línea de remojo. De esto resulta que los óxidos formados crecen con el tiempo hasta alcanzar un tamaño crítico que induce entonces a su puesta en movimiento hacia la banda. Finalmente esos depósitos son arrastrados por la banda y generan allí defectos reivindicatorios para las aplicaciones de aspecto de las chapas galvanizadas. Es esencialmente la cara en contacto con el rodillo de fondo, llamada cara trasera, la que es afectada por esos defectos, según un mecanismo no enteramente dilucidado hasta hoy en día.
Objetos de la invención
La presente invención apunta a proporcionar una solución a los problemas planteados en el estado de la técnica y específicamente vinculados al procedimiento de oxidación del zinc que son allí preconizados.
La presente invención tiene como objetivo particular reducir al mínimo estricto la zona en la cual la oxidación del zinc líquido y de los elementos de aleación de la chapa, con excepción del hierro, es realizada, y así el tiempo de oxidación correspondiente, antes de la entrada de la banda en el baño de zinc.
Principales elementos característicos de la invención
La presente invención se relaciona con un nuevo procedimiento de revestimiento al calor de una chapa de acero por temple en un baño de metal líquido, de preferencia conteniendo zinc a más de 10%, utilizando una trompa de entrada al menos en parte bajo atmósfera oxidante controlada, caracterizado porque comprende las etapas sucesivas siguientes:
-
la chapa pasa en la trompa al nivel de una primera zona cuya atmósfera, que comprende al menos hidrógeno y vapor de agua, es francamente no oxidante frente al hierro, la primera zona presentando una presión parcial de vapor de agua P(H_{2}O) < 264 ppm y una relación de presiones parciales P(H_{2})/P(H_{2}O) > 70; esta atmósfera puede eventualmente ser pobremente oxidante frente al metal líquido y los elementos de aleación del acero que constituyen la chapa;
-
la chapa pasa en la trompa al nivel de una segunda zona cuya atmósfera, que comprende al menos hidrógeno y vapor de agua, y eventualmente CO_{2} y CO, es mucho más oxidante que la atmósfera de la primera zona, frente al metal líquido y los elementos de aleación del acero que constituyen dicha chapa, no siéndolo para nada frente al hierro, la segunda zona presentando un contenido de H_{2} inferior a 1% en volumen, el poder oxidante del gas presente en la segunda zona siendo equivalente a la presión parcial de oxígeno que corresponde a 1 < P(H_{2})/P(H_{2}O) o P(H_{2}+CO)/P(H_{2}O+CO_{2}) < 70.
Según una característica de la invención, una inyección de gas oxidante para el metal líquido y no oxidante para el hierro es realizada en dicha segunda zona de dicha trompa. Ese gas contiene por ejemplo una mezcla de H_{2}O y H_{2}, y/o de H_{2}O y N_{2}, y/o de CO_{2}, CO, H_{2}O, H_{2} y/o O_{2}.
De manera particularmente ventajosa, la diferencia de poder oxidante, expresada en equivalente P(H_{2})/P(H_{2}O), entre dicha primera zona, no oxidante, y dicha segunda zona, oxidante, es de al menos un factor 8, es decir
[P(H_{2})/P(H_{2}O)]_{oxidante} \ x \ 8 < [P(H_{2})/P(H_{2}O)]_{no \ oxidante}.
También ventajosamente, se tiene la relación siguiente entre las presiones parciales de dicha primera zona, no oxidante, y dicha segunda zona, oxidante:
[P(H_{2} + CO)/P(H_{2}O + CO_{2})]_{oxidante} \ x \ 8 < [P(H_{2} + CO)/P(H_{2}O + CO_{2})]_{no \ oxidante}
De preferencia, dicha primera zona es reductora frente al hierro.
Breve descripción de las figuras
La figura 1 representa esquemáticamente una vista en corte de una instalación de tipo trompa de galvanización de acero, según el estado de la técnica.
La figura 2 representa esquemáticamente una vista en corte de una instalación de tipo trompa de galvanización de acero, según la presente invención.
Descripción de una forma de ejecución preferida de la invención
Una descripción muy esquemática de una trompa clásica de galvanización de acero es presentada en la figura 1.
La banda de acero 1 penetra en el baño de zinc fundido 5 al nivel de una trompa 2 y cambia de dirección, con vistas a salir de nuevo del baño, al nivel de un cilindro de fondo 3. La atmósfera 7 en la trompa 2 por encima del baño de zinc fundido 5 es oxidante al menos frente al zinc, pero no al hierro. Depósitos de óxido de zinc 4 se forman al nivel de la línea de remojo 6 sobre la superficie interior de la trompa 2.
La figura 2 representa la instalación de galvanización esquematizada adaptada a las características de la presente invención.
La presente invención concierne a un dispositivo con vistas a realizar una campana o trompa 2 en dos secciones distintas por medio de una zona de separación 8, las atmósferas 9, 10 correspondiendo respectivamente a las dos secciones, dicha zona 1 y zona 2, siendo de naturaleza diferente. La zona 1 corresponde a una atmósfera no oxidante 9 y la zona 2 corresponde a una atmósfera oxidante 10 frente al zinc líquido.
Según una modalidad de realización preferida de la invención, la zona 2 presenta un inyector 12 de gas oxidante con típicamente una relación H_{2}/H_{2}O, o equivalente (H_{2}+CO)/(CO_{2}+H_{2}O), de 1 a 70, con un contenido de H_{2} < 1% en volumen y un flujo comprendido entre 5 y 50 Nm^{3}/h.
\newpage
Siempre según la invención, la zona 2 es tan corta como sea posible. La zona 2 tiene una longitud comprendida típicamente entre 10 y 2000 mm y ventajosamente entre 100 y 300 mm, a fin de optimizar la distribución de gas oxidante en el ancho de la zona y minimizar simultáneamente el tiempo de oxidación de la chapa. Cuando la línea gira a una velocidad de 1 m/s por ejemplo, el tiempo de oxidación del sustrato es así típicamente de 0,1 a 0,2 segundos.
La presente invención permite por lo tanto obtener la oxidación de zinc líquido en la zona 2 y al mismo tiempo limitar el tiempo de oxidación disponible para la chapa antes de su entrada en el baño de zinc, por la presencia de una zona 1 no oxidante. En otras palabras, la invención consiste en reducir al mínimo estricto la zona en la cual la oxidación intencional del zinc es realizada a fin de reducir el tiempo de oxidación disponible no deseado para los elementos de aleación contenidos en la chapa de acero.
Además, se podrá prevenir la formación de depósitos de óxido al nivel de la trompa en la línea de remojo protegiendo la parte interna de la trompa en este lugar por medio de un material reductor, como el carbono por ejemplo. Así, dicha materia reductora permite limitar al máximo la adherencia de la capa límite del metal líquido a la trompa, al nivel de la zona de remojo, impidiendo localmente la oxidación del zinc.

Claims (6)

1. Procedimiento de revestimiento al calor de una chapa de acero (1) por temple en un baño de metal líquido (5), de preferencia conteniendo zinc a más de 10%, utilizando una trompa de entrada (2) al menos en parte bajo atmósfera oxidante controlada caracterizado porque comprende las etapas sucesivas siguientes:
-
la chapa (1) pasa en la trompa (2) al nivel de una primera zona (9) cuya atmósfera comprende al menos hidrógeno y vapor de agua, es francamente no oxidante frente al hierro, la primera zona (9) presentando una presión parcial de vapor de agua P(H_{2}O) < 264 ppm y una relación de presiones parciales P(H_{2})/P(H_{2}O) > 70;
-
la chapa (1) pasa en la trompa (2) al nivel de una segunda zona (10) cuya atmósfera, que comprende al menos hidrógeno y vapor de agua, y eventualmente CO_{2} y CO, es oxidante frente al metal líquido y elementos de aleación del acero que constituyen dicha chapa, la segunda zona (10) presentando un contenido de H_{2} inferior a 1% en volumen, el poder oxidante del gas presente en la segunda zona (10) siendo equivalente a la presión parcial de oxígeno que corresponde a 1 < P(H_{2})/P(H_{2}O) o P(H_{2}+CO)/P(H_{2}O+CO_{2}) < 70.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque una inyección (12) de gas oxidante para el metal líquido y no oxidante para el hierro es realizada en dicha segunda zona (10) de dicha trompa (2).
3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque dicho gas oxidante contiene una mezcla de H_{2}O y H_{2}, y/o de H_{2}O y N_{2}, y/o de CO_{2}, CO, H_{2}O, H_{2} y/o O_{2}.
4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la diferencia de poder oxidante expresada en equivalente P(H_{2})/P(H_{2}O), entre dicha primera zona (9), no oxidante, y dicha secunda zona (10), oxidante, es de al menos un factor S, es decir
[P(H_{2})/P(H_{2}O)]_{oxidante} \ x \ 8 < [P(H_{2})/P(H_{2}O)]_{no \ oxidante}.
5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque se tiene la relación siguiente entre las presiones parciales de dicha primera zona (9), no oxidante, y dicha secunda zona (10), oxidante:
[P(H_{2} + CO)/P(H_{2}O + CO_{2})]_{oxidante} \ x \ 8 < [P(H_{2} + CO)/P(H_{2}O + CO_{2})]_{no \ oxidante}
6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque dicha primera zona (9) es reductora frente al hierro.
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